JP2002031737A - 光ファイバ - Google Patents
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Abstract
損失を両立させることの可能な光ファイバを提供する。 【解決手段】 コア領域1とこれを順次包囲する3層以
上のクラッド領域2〜4とを有し、クラッド領域のいず
れか1つ(例えば、第2クラッド領域3)は自身の平均
屈折率より低い平均屈折率を有する領域(例えば、第3
クラッド領域4)に包囲されており、少なくとも1つの
クラッド領域2〜4はそれを構成する主媒質よりも低い
屈折率を有する副媒質からなる領域を複数備えている。
Description
補償器として好適な光ファイバに関する。
る微細構造を有する光ファイバの断面図である。この光
ファイバは、図22に示すように、シリカガラス61の
材料中に多数のボイド62(空孔)が設けられた断面構
造を有する。ボイド62が無い断面中心部分がコア領域
63であり、このコア領域63を包囲し、ボイド62を
多数含む部分がクラッド領域64である。
閉じ込めの原理は、定性的には実効屈折率という概念を
用いて説明される(例えば、T.A.Birksら、Optics Lette
rs Vol.22 p.961(1997))。微細構造を有するため、
厳格に考えるとコア領域63及びクラッド領域64内で
屈折率は複雑な分布を示すはずであるが、各領域を均一
な媒体で置換して光導波特性を近似したときの、この均
一な媒体の屈折率を実効屈折率と呼ぶ。実効屈折率n
effは、次の不等式を満たす。
す。また、添字1はシリカガラス、添字2は空気を表
す。容積分率については、f1+f2=1が成り立つ。通
常、n1>n2であるから、式(1)の最左辺と最右辺は、
f2の増大に伴って小さくなる。従って、ボイド62を
多数含むクラッド領域64の実効屈折率は、コア領域6
3の実効屈折率よりも小さくなり、通常の光ファイバと
同様に光閉じ込め効果が実現される。
造スケールに比べて光の波長が長い場合については妥当
であると考えられる。しかし、光の波長が短くなってい
くことに伴い、屈折率の高い場所に光が局在するように
なるため、実効屈折率は上昇し、屈折率分布を持つ構造
を均一な媒質で置換できるという仮定も、妥当性を失っ
ていくと考えられる。
負分散を持つ光ファイバが、例えば、米国特許5,802,23
6号に開示されている。この光ファイバは、上記のよう
な微細構造を有するが、クラッド領域が内部クラッド領
域と外部クラッド領域とによって構成され、内部クラッ
ド領域の実効屈折率が外部クラッド領域の実効屈折率よ
りも小さいという特徴を有する。
報に開示されている光ファイバは、均一なクラッド構造
を有する光ファイバに比べて負分散が増大する一方、実
効コア断面積の低下、及び曲げ損失の増大、及び実効コ
ア断面積の構造パラメータ変動に対する感度の増大、と
いった問題を有する。
たものであり、大きな負分散、実効コア断面積と小さな
曲げ損失を両立させることの可能な光ファイバを提供す
ることを目的とする。
め、本発明に係る光ファイバは、コア領域とこれを順次
包囲する3層以上のクラッド領域とを有する光ファイバ
において、クラッド領域のいずれか1つは自身の平均屈
折率より低い平均屈折率を有する領域に包囲されてお
り、少なくとも1つのクラッド領域はそれを構成する主
媒質よりも低い屈折率を有する副媒質からなる領域を複
数備えていることを特徴とする。
構成できる材料でなければならないが、副媒質には単独
では光ファイバを構成することができない材料、例えば
気体や液体等を用いることもできる。
の大きさ、及び実効コア断面積の大きさは、曲げ損失の
低さとトレードオフの関係にあるが、本発明によれば、
従来の不純物添加型光ファイバに比べて曲げ損失を低下
させることが可能となり、曲げ損失が等しい条件下で
は、従来の不純物添加型光ファイバに比べて絶対値の大
きな負分散、絶対値の大きな負分散スロープ、及び大き
な実効コア断面積を実現することができる。
れ、クラッド領域は実質的に均一な媒質で形成される2
層以上の内側クラッド領域と、これを包囲し、副媒質か
らなる領域を備えている外側クラッド領域とから構成さ
れていることが好ましい。
るとは、その領域が微細構造を含まないことを意味し、
その領域を構成する材料中の不純物濃度が領域内で変化
する構成を適宜採ることも可能である。例えば、不純物
としてGeを含むシリカガラスで構成し、中心から外周
に向かってGe濃度が減少する構成を採ることができ
る。
特性を所望の値で実現するためには、コア領域および内
側クラッド領域の構造を高い精度で作成する必要があ
る。実質的に均一な物質、例えばシリカガラスからなる
構造は、副媒質、例えば、空気やポリマーからなる領域
を備えた構造に比べて高い精度での作成が容易である。
そのため、本構成により従来の微細構造を含む光ファイ
バに比べて、所望の光学特性を容易に実現できる。一
方、外側クラッド領域に副媒質からなる領域を設けるこ
とにより、均一媒質で構成した場合に比べて平均屈折率
を大幅に下げることができる。そのため、従来の不純物
添加型光ファイバに比べて低い曲げ損失を実現すること
が可能となる。
ッド領域と第2内側クラッド領域からなる2層構造であ
り、コア、第1内側クラッド、第2内側クラッドのそれ
ぞれの屈折率n0、n1、n2と外側クラッド領域の平均
屈折率n3との間に、 n0>n2>n1かつn2>n3 が成立することが好ましい。
げることで、従来の不純物添加型光ファイバに比べて曲
げ損失を低下させることが可能となる。また、低い屈折
率を有する第1内側クラッド領域が存在することによ
り、絶対値の大きな負の波長分散を得ることができる。
さらに、副媒質の存在する外側クラッド領域がコア領域
から離れているため従来の微細構造光ファイバに比べて
過剰な光損失を低く抑えることができる。
に関する4回回転対称性が実質的に成立するように配置
すれば、モード複屈折率B=(β1−β2)/kを小さく
することができ、偏波モード分散が小さくなるので、高
ビットレートの光信号の伝送に使用することができ好ま
しい。ここで、β1とβ2とは、2つの偏波モードの伝搬
定数、kは真空中の波数である。
副媒質を気体または真空とすれば、伝送損失を低く抑え
ることができ、好ましい。
均屈折率差が2%以上であることが好ましい。
屈折率が相対的に低くなり、外側クラッド領域への光電
界のしみ出しが抑制されるため、所定の波長において曲
げ損失を低減することができる。
ラッド領域の比平均屈折率差は−0.1%以下であるこ
とが好ましい。これにより、所定の波長において、負の
波長分散又は負の波長分散スロープを得ることができ、
正の波長分散及び正の波長分散スロープの補償により適
した光ファイバが得られる。
る光パワーの全光パワーに対する割合が1%以下である
ことが好ましい。外側クラッド領域の微細構造領域を伝
搬する光パワーが増大すると、過剰な光損失が増大する
からであり、このように構成することで、過剰な伝送損
失を低減できる。
ると、モード間分散が無くなり、高ビットレートの光信
号の伝送に用いることが可能となり好ましい。
を下回るようにすれば、正の波長分散を補償するために
必要な光ファイバの長さが短くて済む。この光ファイバ
と、所定波長において正の波長分散を有する光ファイバ
とを組み合わせて光伝送路を構成すると、累積波長分散
が少なく、大容量通信が可能な光ファイバ伝送路を実現
することができる。
されている場合、その横断面占有率を領域により異なら
せることが好ましい。ここで、横断面占有率とはある領
域においてある媒質が占める面積の総和を、その領域の
面積で割った値である。このように、単位断面積当たり
の副媒質の断面積を増加又は減少させることによって、
微細構造を含む領域の平均屈折率を決めることができる
ため、各領域の平均屈折率の大小関係を容易に決定する
ことができる。
副媒質領域の断面積を実質的に一様として、クラッド領
域によって断面積を異ならせることが製造を容易にする
ためには好ましい。
格子と実質的に同等とするのが好ましい。六方格子また
は正方格子と実質的に同等の配置を採ることで、回転対
称性を確保するとともに、大きな副媒質占有率を実現で
きる。
第2内側クラッド領域、、外側クラッド領域からなる3
層構造であり、コア、第1内側クラッド、第2内側クラ
ッド、外側クラッド領域のそれぞれの平均屈折率n0、
n1、n2、n3の間に、 n0>n2>n1かつn2>n3 が成立することが好ましい。このようにすると、負に大
きな波長分散や負に大きな波長分散スロープ、大きな実
効コア断面積を実現できる。
の実施の形態について説明する。なお、各図において同
一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略す
る。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一
致していない。
態における領域区分を示す横断面図であり、図2は、こ
の光ファイバの微細構造を説明する横断面図である。図
1に示すように、この光ファイバは、コア領域1と、コ
ア領域1を包囲する第1クラッド領域2と、第1クラッ
ド領域2を包囲する第2クラッド領域3と、第2クラッ
ド領域3を包囲する第3クラッド領域4とから構成され
る。また、これらの各領域は、図2に示すように、主媒
質としてのシリカガラス5と副媒質としての多数のボイ
ド6とから構成されている。
して平均屈折率という概念を用いる。実効屈折率は、近
似を用いて定義されるために、定義があいまいであり、
構造の記述には適さないため、これを用いない。図3
は、この平均屈折率の定義方法の一例を説明する図であ
る。ある領域で着目した一つのボイド6xについて、そ
れを取り囲む全てのボイド6との間に垂直二等分線を引
く。これらの垂直二等分線によって区画され、内部に1
個のボイド6xのみを含む多角形を定義する。これをセ
ル7と呼ぶ。このセル7において、平均屈折率navgを
次式によって算出する。
nhは、ポイド6x部分の屈折率であり、Acellはセル
7全体の面積、Aholeはボイド6xの面積を表す。所定
の領域の平均屈折率Navgは、その領域に含まれるセル
7のセル番号をj〜kとし、i番目のセル7の平均屈折
率をnavg,i、セル面積をAcell,iとすると、次式で表
すことができる。
る各領域の平均屈折率の関係が以下の関係を満たすよう
に設定していることを特徴とする。すなわち、コア領
域、第1クラッド領域、第2クラッド領域、第3クラッ
ド領域のそれぞれの平均屈折率をn0、n1、n2、n3と
すると、これらの間に、 n0>n2>n1かつn2>n3 の関係が成立する。各領域の平均屈折率Navgは、ボイ
ド6の大きさを調整することで設定することが可能であ
る。すなわち、単位断面積当たりのボイド6の断面積を
増加又は減少することによって、主媒質であるシリカガ
ラス5と副媒質であるボイド6との割合が増減するた
め、その領域の平均屈折率Navgを任意の値に設定する
ことができる。
率分布を設定した本発明に係る光ファイバの第1の実施
形態と第2の実施形態のそれぞれの断面構造を示す図で
ある。
バでは、コア領域1には、ボイド6を配置せず、第1〜
第3のクラッド領域2〜4にのみそれぞれボイド6a〜
6cを六方格子状に配置している。そして、各領域内で
のポイド6の径は一様であり、すべてのボイドが一律の
ピッチLで配置されている。そして、各領域のボイド径
の関係は第1クラッド領域2内のボイド6aの径を
d1、第2クラッド領域3内のボイド6bの径をd2、第
3クラッド領域4内のボイド6cの径をd3とすると、
d1>d3>d2となるよう設定されている。この結果、
(2)(3)式より明らかなように、各領域の平均屈折率の関
係は、 n0>n2>n3>n1 を満たし、n0>n2>n1かつn2>n3を満たす。
バでも、コア領域1には、ボイド6を配置せず、第1〜
第3のクラッド領域2〜4にのみそれぞれボイド6a〜
6cが六方格子状に配置されている。そして、各領域内
でのポイド6の径は一様であり、すべてのボイドが一律
のピッチLで配置されている点も第1の実施形態と同様
である。第1の実施形態と異なるのは、各領域のボイド
6の径の関係であり、本実施形態では、d3≧d1>d2
となるよう設定されている点である。この結果、(2)(3)
式より明らかなように、各領域の平均屈折率の関係は、 n0>n2>n1≧n3 を満たし、n0>n2>n1かつn2>n3を満たす。
度が下がるため、副媒質領域の変形が起こりやすく、フ
ァイバにおける副媒質占有率が所望の値から外れる要因
となる。コア領域と各クラッド領域内での副媒質領域の
変形の仕方は各領域内でほぼ一様であるから、各領域内
での副媒質領域の断面積を一様にしてそれぞれの平均屈
折率を設定することで、ある副媒質領域が所望の占有率
を有するように線引き条件を調整すれば、同じ領域内の
他の副媒質領域も所望の占有率を有するため、製造が容
易となる。
る3種類の第1あるいは第2の実施形態に係る光ファイ
バ(実施例1〜3と呼ぶ)を作成し、これらと従来型の
2種類の微細構造光ファイバ(比較例1、2と呼ぶ)と
の間で特性の比較を行ったので、以下、その結果につい
て報告する。
第3クラッド領域2〜4のボイド6の直径のピッチLに
対する比率を表1に示す。なお、ボイド6の層数mは7
である。
ァイバであり、実施例2、3は第2の実施形態の光ファ
イバである。
ぞれについて、各ボイド6の中心Pをセル7の位置と
し、原点O(ファイバ軸)からPまでの距離をrとし
て、各セルの平均屈折率navgを距離rに対する散布図
として表したものである。ここでは、材料のシリカガラ
ス4の屈折率を1.444、空気の屈折率を1として計
算した。
では、ボイド6の径が小さいために平均屈折率が高くな
ると共に、第1クラッド領域2、第3クラッド領域4で
はボイド6の径が大きいために平均屈折率が低くなって
いる。
構造分散と実効コア断面積の計算結果を比較して示した
ものである。図8において、左側の縦軸は構造分散
Dwg、右側の縦軸は実効コア断面積Aeff、横軸は光の
波長λを示す。ここでは、実施例1、比較例1、2とも
波長1550nmにおける構造分散Dwgが同じ-100ps/nm/kmと
なるようピッチLが設定されており、その値は、実施例
1が1.66μm、比較例1が1.62μm、比較例2
が1.48μmである。波長1550nmにおける構造分散ス
ロープが実施例1と比較例1が-0.5ps/nm2/kmであり、
比較例2の-0.2ps/nm 2/kmに比べて小さい。しかし、実
施例1は、実効コア断面積が8.3μm2であり、比較
例1の7.7μm2に比べて大きい。
は、大きな負分散を得ることが可能であるため、他の正
分散を有する光ファイバの分散を補償する際に、光ファ
イバの長さが短くて済むこととなる。また、大きな負分
散と大きな負分散スロープを達成すると同時に、実効コ
ア断面積も大きくさせることができる。そのため、非線
型光学現象を抑制させ、伝送品質を向上させることが可
能となる。
を変えた場合のそれぞれにおける構造分散と実効コア断
面積の計算結果を比較して示したものである。(以下、
添字aをつけて図8の場合と区別する。)ここでは、各
光ファイバの波長1550nmにおける実効コア断面積Aeff
が8.4μm2となるようにピッチLが設定されており、そ
の値は、実施例1aが1.65μm、比較例1aが1.
54μm、比較例2aが1.60μmである。
も増加するが、実施例1aの実効コア断面積Aeffの波
長に対する増加ペースdAeff/dλのほうが比較例1
aのそれより小さい。このように実効コア断面積の波長
に対する増加ペースが小さいことは、コア領域への光閉
じ込めが強く、曲げ損失が小さいことを意味する。ま
た、実効コア断面積の構造パラメータへの感度が低い。
が小さいので、実効コア断面積を大きくさせることがで
きる。その結果、非線型光学現象の発生を抑制すること
ができ、伝送品質の向上を図ることができる。
る実効コア断面積Aeffに対する伝搬定数βの変化特性
の計算結果を比較して示している。縦軸は、伝搬定数β
を波数kで割った値であり、横軸は実効コア断面積A
effをピッチLの自乗で割った値である。一般に、実効
コア断面積Aeffが増大するに伴って、βは低下する。
伝搬定数βの低下に伴って、コア領域への光閉じ込めが
弱くなり、曲げ損失が増大する。図から比較例2よりも
実施例2が、実施例2よりも実施例3がコア領域への光
閉じ込めの度合いを高めており、曲げ損失が低下してい
ることが示されている。従って、同じ実効コア断面積A
effで比較した場合、比較例2よりも実施例2が、実施
例2よりも実施例3が曲げ損失を低下させ、同じ曲げ損
失で比較すれば、比較例2よりも実施例2が、実施例2
よりも実施例3が実効コア断面積を増大させられること
が確認された。
を波長λの自乗で規格化した実効コア断面積Aeffに対
してプロットしたものである。一般に、β/kが大きい
ほど、曲げ損失が小さくなる。β/k>1.405の時
に曲げ損失が実用上十分小さくなるとすると、図11よ
り、実施例3においては、Aeff/λ2=5が実現可能で
あり、波長λ=1550nmにおいて実効コア断面積A
eff=12μm2を実現させることができることがわか
る。
る実効コア断面積の計算結果を比較して示したものであ
る。ここでは、実施例2、3、比較例2のすべてにおい
てピッチを1.53μmとした場合の計算結果を示す。
面積Aeffに着目すると、実効コア断面積Aeffは、比較
例2よりも実施例2が、実施例2よりも実施例3が大き
くなる。
きな実効コア断面積を有するので、非線型光学現象の発
生を抑制させることができ、伝送品質の向上を図ること
ができる。
ぞれのピッチLを変えた場合の実効コア断面積の計算結
果を比較して示したものである。ここでは、実施例2、
3、比較例2とも波長1550nmにおける実効コア断面積A
effが12μm2となるようピッチLが設定されており、
その値は、実施例2が1.33μm、実施例3が1.5
3μm、比較例2が1.21μmである。
Aeffの変化に着目すると、波長変化に対する実効コア
断面積Aeffの変化の大きさは、比較例2よりも実施例
2が、実施例2よりも実施例3が小さくなる。波長変化
に対する実効コア断面積Aef fの変化の大きさが小さい
ということは、コア領域への光閉じ込めの度合いが高
く、曲げ損失が低いということを示すと共に、ピッチな
どの構造パラメータ変動に対する実効コア断面積Aeff
の特性の感度が小さいことを意味する。一般に、Aeff
を拡大すると曲げ損失の増大を伴うので、同じAeffで
比べた曲げ損失が低いということは、同じ曲げ損失で比
べた時に、より大きなAeffを実現できることを意味す
る。
実効コア断面積を有するので、非線型光学現象の発生を
抑制することができ、伝送品質の向上を図ることができ
る。
る光ファイバによれば、従来の光ファイバと比較して大
きな実効コア断面積を確保し、曲げ損失を小さくするこ
とができる。また、実効コア断面積の構造パラメータに
対する感度を下げることが可能となる。
に配列する形態について説明してきたが、配列形態はこ
れに限られるものではなく、正方格子や千鳥格子状には
い散れしてもよく、あるいは同心円状に配列してもよ
い。正方格子や同心円状の配列は、偏波モードを実質的
に縮退させて偏波モード分散を低減するのに適してい
る。
施形態について説明する。図14は、この第3の実施形
態の光ファイバの構造を示す断面図である。この光ファ
イバは、コア領域10と、コア領域10を包囲する第1
内側クラッド領域11と、第1内側クラッド領域11を
包囲する第2内側クラッド領域12と、第2内側クラッ
ド領域12を包囲する外側クラッド領域13とを備え
る。コア領域10は、半径がa、屈折率がn0であり、
第1内側クラッド領域11は、外半径がb、屈折率がn
1であり、第2内側クラッド領域12は、外半径がc、
屈折率がn2である。外側クラッド領域13は、屈折率
n31の主媒質14と、屈折率n32の副媒質15とで構成
されている。副媒質15の小領域は、半径rの円であ
り、N個の円がファイバ軸を中心とする半径dの円の円
周上に実質的に等間隔で配置されている。この配置で
は、ファイバ軸を中心とする4回回転対称性が実質的に
成立する。さらに、e>d+rを満たす半径eの円周の
外側領域は、屈折率n31を有し、均一である。この領域
はガラスやポリマーなどの材質で構成されており、光フ
ァイバの機械的強度を向上させるが光学的特性には影響
を与えない領域である。以下、この領域をジャケット領
域と呼ぶ。
各パラメータの値は、次の通りである。a=1.37μ
m、b=4.9μm、c=14.7μm、d=17.8
μm、e=20.9μm、n2=n31=1.444(純
粋なシリカガラス)、Δ0=(n0 2−n2 2)/(n0 2+
n2 2)=+1.49%(GeO2が14.5mol%添
加されたシリカガラス)、Δ1=(n1 2−n2 2)/(n1
2+n2 2)=−0.36%(Fが1.113wt%添加
された石英系ガラス)、n32=1.0(空孔)、N=1
8である。
を配置することで外側クラッド領域13の平均屈折率n
3は第2内側クラッド領域12の屈折率n2より低下する
からn2>n3が成り立つ。
クラッド及びジャケット領域を形成する媒質と、外側ク
ラッドの主媒質が同一(純粋シリカ)であるため、外側
クラッドの内半径cと外半径eは任意に決めることがで
きる。ここでは、ジャケット領域の内半径eは、外側ク
ラッド領域13の厚さ(e−c)=6.2μmが、外側
クラッド領域13における近接空孔間の間隔2πd/N
=6.2μmにほぼ等しく、かつd=(c+e)/2と
なるように、内半径cと外半径eが選択されている。
副媒質(空孔)15の径を異ならせた3つの実施例(実
施例4〜6)と空孔を設けない比較例3について伝搬特
性のシミュレーションを行った。実施例4、5、6のそ
れぞれの空孔半径は、0.363μm、、0.722μ
m、1.431μmに設定されている。
外側クラッド領域13の平均屈折率navgは、実施例4
では1.440、実施例5では1.428、実施例6で
は1.380であり、外側クラッド領域13に対する第
1内側クラッド領域11の比平均屈折率差Δ03=(n0 2
−navg 2)/(n0 2+navg 2)は、実施例4では1.7
7%、実施例5では2.61%、実施例6では6.04
%である。
てジャケット領域を伝搬する光パワーの割合Pjacket/
Pと空孔を伝搬する光パワーの割合Pair/Pとを比較
して示したグラフである。
域13に副媒質15としての空孔を導入することによ
り、ジャケット領域を伝搬する光パワーの割合Pjacket
/Pが比較例3に対して低下した。
の相関がある。従って、外側クラッド領域13に空孔を
導入することにより、曲げ損失が低下するという効果が
得られた。これにより、伝送損失が低く、信頼性の高い
伝送路を実現することが可能となる。
air/Pは、10-6以下である。これは、従来の微細構
造光ファイバにおいてPair/Pが大きかったことと対
照的である。例えば、図16に示されるように、石英系
ガラス中に直径0.68μmの空孔をピッチ1.7μm
で配列した従来の微細構造光ファイバでは、波長λ=1
550nmにおいて、空孔を伝搬する光パワーの割合P
air/Pは0.039であり、本実施の形態に係る光フ
ァイバよりも104倍以上大きい。これが、過剰な光損
失の発生する原因となっていたが、本実施の形態に係る
光ファイバでは、空孔を伝搬する光パワーの割合が小さ
いので、過剰な光損失の発生する可能性を低減すると共
に、空孔形状に対する波長分散特性の感度を低減して製
造技術に対する要求を緩和することができる。
る波長分散と実効コア断面積の計算結果を比較して示し
たものである。図17において、左側の縦軸は波長分散
D、右側の縦軸は実効コア断面積Aeff、横軸は光の波
長λを示す。図17からわかるように、外側クラッド領
域13に空孔を導入しても、波長分散Dと実効コア断面
積Aeffは実質的に変化しないことがわかる。
では、空孔形状に対する波長分散の感度を低減すること
ができる。また、空孔を導入したことにより、曲げ損失
が低減される。一般に、波長分散が所定の値からずれる
と、伝送路の残留分散による伝送品質の劣化が生じるの
で、波長分散に関しては高い製造精度が要求される。一
方、曲げ損失は、所定の閾値よりも低いことだけが要求
されるので、曲げ損失に関しては高い製造精度は要求さ
れない。本実施形態に係る光ファイバでは、曲げ損失は
空孔形状に依存するが、波長分散は空孔形状に依存しな
いので、空孔形状の正確さに関する製造技術への要求が
緩和される。
比較例3と同様に、波長λ=1550nmにおいて単一
モードで動作する。そのため、多モード分散がなく、高
ビットレートの光通信が可能となる。さらに、空孔の配
置が、ファイバ軸に関する4回回転対称性を実質的に有
するので、波長λ=1550nmにおけるモード複屈折
Bは、実施例4〜6のいずれにおいては、10-6以下と
小さく、無視することができる。モード複屈折が小さい
結果、偏波モード分散が小さくなり、高ビットレートの
光通信が可能となる。
13における副媒質15の小領域(空孔)が、ファイバ
軸を中心とする1つの円の周上に配列されている例を示
したが、本発明はこれに限定されず、他の構成を採るこ
とも可能である。すなわち、図18に示すように、ファ
イバ軸を中心とする複数の同心円の周上に配列する構成
を採ることも可能である。このように、複数の同心円の
円周上に副媒質の小領域を配置することにより、外側ク
ラッド領域13の厚さ(e−c)を大きくすることがで
きる。
の空孔を導入したことによって、ジャケットに漏れ出す
光パワーPjacket/Pが減少し、曲げ損失が低下すると
いう効果が得られるが、さらに、外側クラッド領域13
の厚さを増加させることによって、外側クラッド領域1
3を越えてジャケットに漏れ出す光パワーをさらに減少
させる効果を生ずる。その結果、曲げ損失をさらに低下
させることが可能となる。
みをそれぞれ1.29μm、1.27μmに縮小した実
施例6a、6bと実施例6、比較例3について特性を比
較した結果について説明する。
3の波長分散Dと実効コア断面積A effそれぞれの波長
に対する変化を比較して示したものである。図19から
わかるように、実施例6a、6bでは、比較例3、実施
例6よりも波長分散Dが負に大きくなり、波長分散スロ
ープSが負に大きくなり、実効コア断面積Aeffが大き
くなる。
と、波長分散Dは、比較例3が-69ps/nm/km、実施例6
が-67ps/nm/km、実施例6aが-108ps/nm/km、実施例6
bが-127ps/nm/kmである。波長分散スロープSは、比較
例3が-0.25ps/nm2/km、実施例6が-0.20ps/nm2/km、実
施例6aが-0.53ps/nm2/km、実施例6bが-0.67ps/nm2/
kmである。実効コア断面積Aeffは、比較例3と実施例
6が18μm2、実施例6aが21μm2、実施例6bが
22μm2である。すなわち、実施例6a、6bでは、
比較例3、実施例6に比べて、負に大きな分散、負に大
きな分散スロープ、及び大きな実効コア断面積を得るこ
とができる。
bについてジャケット領域を伝搬する光パワーの割合P
jacket/Pと空孔を伝搬する光パワーの割合Pair/P
を比較して示した図である。実施例6a、6bにおける
Pjacket/Pは、実施例6におけるPjacket/Pより大
きいが、比較例3におけるPjacket/Pより小さい。す
なわち、実施例6a、6bは、比較例3に比べて、負に
大きな分散、負に大きな分散スロープ、大きな実効コア
断面積、及び小さな曲げ損失を同時に達成できる。
550nmにおいて単一モードで動作し、モード複屈折
Bは、実施例6aでは1.2×10-6であり、実施例6
bでは2.9×10-6と小さく、無視することができ
る。
は、外側クラッド領域13に空孔を導入することによっ
て曲げ損失を低減すると同時に、内側領域の構造を、曲
げ損失の低下幅以上に負の波長分散と、負の波長分散ス
ロープと、実効コア断面積の増加が得られるように選ん
でいる。その結果、従来の不純物添加型光ファイバのよ
うに、外側クラッド領域13を均一媒質で構成した場合
と比べて、低い曲げ損失、大きな負分散、大きな負分散
スロープ、大きな実効コア断面積を同時に実現すること
ができる。負の波長分散と負の波長分散スロープとが大
きいということは、正の波長分散と正の波長分散スロー
プとを補償するのに必要なファイバ長が短くて済むこと
を意味し、実効コア断面積が大きいということは、非線
型光学効果による伝送品質劣化が少ないことを意味す
る。
な分散、及び大きな実効コア断面積を有することから、
正の分散を有する光ファイバと組み合わせて、通信容量
の大きい光伝送路を構築することができる。図21に示
した光伝送路の例は、光送信器81と、光受信器82
と、正分散光ファイバ83と、上記実施形態の負分散光
ファイバ84から成る。一般に正分散光ファイバと負分
散光ファイバを組み合わせた光伝送路では、負分散光フ
ァイバにおける非線形光学効果による伝送品質劣化が問
題となり、非線形光学効果の影響は負分散光ファイバの
実効コア断面積とファイバ長の増加に伴って大きくな
る。しかし、本発明に係る負分散光ファイバは、実効コ
ア断面積が大きく、負分散の絶対値が大きいために分散
補償に必要とされる長さを短くできるので、非線形光学
効果の影響を低減でき、伝送品質劣化の少ない光伝送路
を実現できる。
の材料として用いることが困難である材料、例えば気体
や液体等を外側クラッド領域の副媒質として用いること
が可能となる。副媒質の屈折率が主媒質の屈折率よりも
低くなるように選択することにより、主媒質のみを用い
て外側クラッド領域を形成した場合と比較して外側クラ
ッド領域の平均屈折率を下げることが可能となる。
に比べて曲げ損失を低下させることが可能となる。一
方、負分散の大きさ、負分散スロープの大きさ、及び実
効コア断面積の大きさは、曲げ損失の低さとトレードオ
フの関係にある。従って、曲げ損失が等しくなる条件で
比較した場合、従来の不純物添加型光ファイバに比べて
絶対値の大きな負分散、絶対値の大きな負分散スロー
プ、及び大きな実効コア断面積を実現することができ
る。負分散や負分散スロープの絶対値が大きいことは、
伝送路における正分散や正分散スロープを補償する際に
必要なファイバ長が短くて済むことを意味する。また、
実効コア断面積が大きいことにより、非線型光学効果に
よる伝送特性劣化を抑制することができる。また、曲げ
損失が小さいことにより、小型の分散補償モジュールに
使用することができ、伝送路として用いる場合の信頼性
も高くなる。
ド光ファイバに比べて、絶対値の大きな負の波長分散を
得ることができる。これは、コア領域と第2内側クラッ
ド領域のいずれよりも低い屈折率を有する第1内側クラ
ッド領域が存在することによる。
ファイバに比べて過剰な光損失を低く抑えることができ
る。これは、副媒質の存在する領域がコア領域から離れ
ているためである。過剰な光損失は空孔などの副媒質に
起因して発生すると考えられるが、本発明に係る光ファ
イバでは副媒質が含まれる外側クラッド領域と、光パワ
ーが集中するコア領域との間に第1内側クラッド領域と
第2内側クラッド領域が存在するので、副媒質及び副媒
質との界面を伝搬する光パワーの割合が従来の微細構造
光ファイバに比べて小さい。その結果、副媒質に起因す
る光損失が小さくなる。
の小領域として空孔を用いた場合、従来の微細構造光フ
ァイバに比べて容易に製造することができる。まず第1
の理由は、副媒質の小領域の形状に対する波長分散特性
の感度が減少することである。本発明に係る光ファイバ
は、外側クラッド領域に導入された副媒質(例えば空
孔)と、コア領域との間には、第1内側クラッド領域と
第2内側クラッド領域が存在する。そのため、波長分散
は、コア領域と、その近傍にある第1内側クラッド領域
と第2内側クラッド領域とによって支配され、外側クラ
ッド領域が波長分散特性に与える影響は無視することが
できる。そのため、副媒質における小領域の形状の正確
さに対する要求が緩和され、従来の微細構造光ファイバ
に比べて容易に製造することが可能となる。
ある。プリフォームを作成する方法としては、シリカ管
を束ねる方法や、穿孔器具を用いてプリフォームに孔を
あける方法が考えられるが、いずれの方法を採る場合
も、空孔の数が減少することによって製造における煩雑
さが軽減される。
従来の不純物添加型光ファイバに比べて曲げ損失を低下
させることが可能となり、曲げ損失が等しい条件下で
は、従来の不純物添加型光ファイバに比べて絶対値の大
きな負分散、絶対値の大きな負分散スロープ、及び大き
な実効コア断面積を実現することができる。
折率を下げることで、従来の不純物添加型光ファイバに
比べて曲げ損失を低下させることが可能となる。また、
低い屈折率を有する第1内側クラッド領域を存在させる
ことにより、絶対値の大きな負の波長分散を得ることが
できる。そして、副媒質の存在する外側クラッド領域が
コア領域から離れているため従来の微細構造光ファイバ
に比べて過剰な光損失を低く抑えることができる。
面の領域区分を示す図である。
図である。
義を説明する図である。
面構造を示す図である。
面構造を示す図である。
断面積の計算結果を比較して示す図である。
効コア断面積の計算結果を比較して示す図である。
自乗で規格化した実効コア断面積Aeffと伝搬定数βの
関係を比較して示す図である。
格化した実効コア断面積Aeffと伝搬定数βの関係を比
較して示す図である。
コア断面積の計算結果を比較して示す図である。
施例2、3の波長に対する実効コア断面積の計算結果を
比較して示す図である。
断面図である。
領域を伝搬する光パワーの割合P jacket/Pと空孔を伝
搬する光パワーの割合Pair/Pとを比較して示したグ
ラフである。
実効コア断面積の計算結果を比較して示した図である。
る。
Dと実効コア断面積Aeffそれぞれの波長に対する変化
を比較して示した図である。
ャケット領域を伝搬する光パワーの割合Pjacket/Pと
空孔を伝搬する光パワーの割合Pair/Pを比較して示
した図である。
示す図である。
イバの断面図である。
クラッド領域、4…第3クラッド領域、5…主媒質(シ
リカガラス)、6…副媒質(ボイド)、7…セル、11
…第1内側クラッド領域、12…第2内側クラッド領
域、13…外側クラッド領域、14…主媒質、15…副
媒質、81…光送信器、82…光受信器、83…正分散
光ファイバ、84…負分散光ファイバ。
Claims (15)
- 【請求項1】 コア領域とこれを順次包囲する3層以上
のクラッド領域とを有する光ファイバにおいて、 クラッド領域のいずれか1つは自身の平均屈折率より低
い平均屈折率を有する領域に包囲されており、少なくと
も1つのクラッド領域はそれを構成する主媒質よりも低
い屈折率を有する副媒質からなる領域を複数備えている
光ファイバ。 - 【請求項2】 前記コア領域が実質的に均一な媒質で形
成され、前記クラッド領域は、実質的に均一な媒質で形
成される2層以上の内側クラッド領域と、これを包囲
し、前記副媒質からなる領域を備えている外側クラッド
領域からなる請求項1記載の光ファイバ。 - 【請求項3】 前記内側クラッド領域は第1内側クラッ
ド領域と第2内側クラッド領域からなる2層構造であ
り、コア、第1内側クラッド、第2内側クラッドのそれ
ぞれの屈折率n0、n1、n2と外側クラッド領域の平均
屈折率n3との間に、 n0>n2>n1かつn2>n3 が成立する請求項2記載の光ファイバ。 - 【請求項4】 外側クラッド領域には、前記副媒質から
なる領域が4回回転対称性を有するよう配置されている
請求項3記載の光ファイバ - 【請求項5】 外側クラッド領域の主媒質はシリカであ
り、副媒質は気体または真空である請求項3記載の光フ
ァイバ。 - 【請求項6】 外側クラッド領域に対するコア領域の比
平均屈折率差が2%以上である請求項5記載の光ファイ
バ。 - 【請求項7】 第2内側クラッド領域に対する第1内側
クラッド領域の比平均屈折率差が−0.1%以下である
請求項5記載の光ファイバ。 - 【請求項8】 外側クラッド領域の前記副媒質からなる
領域を伝搬する光パワーの全光パワーに対する割合が1
%以下である請求項5記載の光ファイバ。 - 【請求項9】 所定の波長において単一モードで動作す
る請求項3記載の光ファイバ。 - 【請求項10】 所定波長帯域における波長分散が−80
ps/nm/kmを下回る請求項3記載の光ファイバ。 - 【請求項11】 請求項10記載の光ファイバと、前記
所定波長帯域において正の波長分散を有する光ファイバ
とを含む光伝送路。 - 【請求項12】 複数のクラッド領域に前記副媒質から
なる領域が配置されており、その横断面占有率が領域に
より異なる請求項1記載の光ファイバ。 - 【請求項13】 各クラッド領域内における各副媒質か
らなる領域の断面積は実質的に一様であって、クラッド
領域によって断面積が異なる請求項12記載の光ファイ
バ。 - 【請求項14】 前記副媒質からなる領域の配置は、六
方格子または正方格子と実質的に同等である請求項12
記載の光ファイバ。 - 【請求項15】 クラッド領域は第1内側クラッド領域
と第2内側クラッド領域と外側クラッド領域からなる3
層構造であり、コア、第1内側クラッド、第2内側クラ
ッド、外側クラッド領域のそれぞれの平均屈折率n0、
n1、n2、n3の間に、 n0>n2>n1かつn2>n3 が成立する請求項12記載の光ファイバ。
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